基于MSP430單片機和nRF905的無(wú)線(xiàn)通信系統

圖1

無(wú)線(xiàn)系統的硬軟件設計

　　系統的硬件設計

　　本系統采用的射頻收發(fā)器為NordicVLSI公司的nRF905,工作電壓為1.9～3.6V，工作于433/868/915MHz三個(gè)ISM頻段，頻段之間的轉換時(shí)間小于650us。nRF905由頻率合成器、接收解調器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器組成，不需外加聲表濾波器。高抗擾GFSK調制，數據速率為50kbps，獨特的載波監測輸出，地址匹配輸出，數據就緒輸出。ShockBurstTM工作模式，自動(dòng)處理字頭和CRC(循環(huán)冗余碼校驗)，使用SPI接口與微控制器通信，配置非常方便。此外，其功耗非常低，以-10dBm的輸出功率發(fā)射時(shí)電流只有11mA，工作于接收模式時(shí)的電流為12.5mA，內建空閑模式與關(guān)機模式，易于實(shí)現節能。nRF905的硬件連接電路圖如圖2所示。

采用的微處理器為T(mén)I公司的MSP430F149，它是一種超低功耗的混合信號控制器，具有16位RISC結構，CPU中的16個(gè)寄存器和常數產(chǎn)生器使MSP430能達到最高的代碼效率。單片機通過(guò)采用不同的時(shí)鐘源工作可以使器件滿(mǎn)足不同功耗要求，適當選擇時(shí)鐘源，可以讓器件的功耗達到最小。外設主要有存儲器、時(shí)鐘模塊、定時(shí)器、USART和A/D轉換器等。

此次設計主要用到了MSP430F149兩個(gè)串口通信模塊USART0和USART1，USART0作為UART使用，提供異步通信，通過(guò)MAX3232電平轉換芯片提供RS-232接口和PC機進(jìn)行通信，USART1作為SPI使用，提供同步通信，主要是和nRF905之間進(jìn)行命令和數據通信。把MSP430F149的P2口作為一般引腳使用，與nRF905的其他引腳相連。對MSP430F149提供雙晶振系統，低頻晶振為32.768K，與微控制的XIN和XOUT相連，為RS-232接口提供頻率支持，高頻晶振為8M，和微控制器的XT2相連，為系統運行的主時(shí)鐘。系統的整體設計相對較為簡(jiǎn)單，不過(guò)在此基礎上可以實(shí)現遙測，無(wú)線(xiàn)抄表，工業(yè)數據采集，機器人控制等。發(fā)送和接收的硬件電路是一樣的，系統設計主要硬件電路圖如圖3所示。

系統的軟件設計

　　系統軟件設計包括下位機軟件設計和PC機軟件設計。前者主要是微控制器通過(guò)SPI口對nRF905的控制以及微控制器串口通訊的設計，后者包括串口通訊模塊、主界面和數據庫設計。

　　}RFConfig;
　　RFConfigRxTxConf=
　　{
　　10,
　　0x01,0x0c,0x44,0x20,0x20,0xcc,
　　0xcc,0xcc,0xcc,0x58
　　};
　　nRF905提供SPI口的讀寫(xiě)指令，當CSN為低時(shí)，SPI接口開(kāi)始等待一條指令，任何一條新指令均由CSN的由高到底的轉換開(kāi)始。下面主要介紹nRF905的發(fā)送流程和接收流程。

　　發(fā)送流程：

　　A．當微控制器有數據要發(fā)送時(shí)，通過(guò)SPI接口，按時(shí)序把接收機的地址和要發(fā)送的數據送傳給nRF905，SPI接口的速率在通信協(xié)議和器件配置時(shí)確定；

　　B．微控制器置高TRX_CE和TX_EN，激發(fā)nRF905的ShockBurstTM發(fā)送模式；

　　C．nRF905的ShockBurstTM發(fā)送：射頻寄存器自動(dòng)開(kāi)啟；數據打包(加字頭和CRC校驗碼)；發(fā)送數據包；當數據發(fā)送完成，數據準備好引腳被置高；

　　D．當TRX_CE被置低，nRF905發(fā)送過(guò)程完成，自動(dòng)進(jìn)入空閑模式。

　　ShockBurstTM工作模式保證，一旦發(fā)送數據的過(guò)程開(kāi)始，無(wú)論TRX_EN和TX_EN引腳是高或低，發(fā)送過(guò)程都會(huì )被處理完。只有在前一個(gè)數據包被發(fā)送完畢，nRF905才能接受下一個(gè)發(fā)送數據包。

　　接收流程：

　　A．當TRX_CE為高、TX_EN為低時(shí)，nRF905進(jìn)入ShockBurstTM接收模式；

　　B．650us后，nRF905不斷監測，等待接收數據；

　　C．當nRF905檢測到同一頻段的載波時(shí)，載波檢測引腳被置高；

　　D．當接收到一個(gè)相匹配的地址，地址匹配引腳被置高；

　　E．當一個(gè)正確的數據包接收完畢，nRF905自動(dòng)移去字頭、地址和CRC校驗位，然后把數據準備好引腳置高

　　F．微控制器把TRX_CE置低，nRF905進(jìn)入空閑模式；

　　G．微控制器通過(guò)SPI口，以一定的速率把數據移到微控制器內；

　　H．當所有的數據接收完畢，nRF905把數據準備好引腳和地址匹配引腳置低；

　　I．nRF905此時(shí)可以進(jìn)入ShockBurstTM接收模式、ShockBurstTM發(fā)送模式或關(guān)機模式。

　　MSP430F149的串口通訊程序設計，主要是設定傳輸的速率為4800bps，數據傳輸為8位數，1個(gè)停止位，無(wú)奇偶校驗。根據相應的發(fā)送端和接收端來(lái)設定發(fā)送模塊和接收模塊使能，發(fā)送中斷和接收中斷使能。

　　在PC機軟件設計中，串口通信模塊負責PC機與下位機之間的數據通信。而主界面和數據庫設計主要是方便對接收的數據進(jìn)行管理。
　　
　　實(shí)驗測試分析

　　在發(fā)送和接收時(shí)利用示波器和萬(wàn)用表對nRF905的相關(guān)引腳進(jìn)行測量分析如下：

　　發(fā)射時(shí)nRF905的分析情況如表1所示。

接收時(shí)nRF905的分析情況如表2所示。

結語(yǔ)

　　本設計實(shí)現了基于MSP430F149和nRF905的無(wú)線(xiàn)通信。發(fā)送端和接收端之間的距離為80米，之間沒(méi)有任何有線(xiàn)連接，通過(guò)發(fā)送端發(fā)送數據，在接收端能正確接收數據并顯示在PC機上。實(shí)驗表明，該系統實(shí)時(shí)性好，性能可靠。